CN114902946A - 自动交替循环灌溉控制系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分根交替灌溉自动控制方法，在作物行两侧分别设置一组带有电磁阀的输水毛管，两组输水毛管下方分别埋设土壤水分传感器，任一组输水毛管输水时均对另一组输水毛管下方的土壤湿度产生影响。本发明使作物行两侧毛管的水平湿润半径存在相互影响，根据作物行两侧土壤含水量的大小及相互作用关系，通过对相应自动控制系统的构建实现高效率且高度自动化的分根交替灌溉。

Description

自动交替循环灌溉控制系统及其应用

技术领域

本发明涉及节水灌溉技术领域，特别涉及一种分根交替灌溉技术。

背景技术

随着淡水资源的日益短缺与需水量的不断增加，发展节水农业已成为世界各国实现水资源约束条件下可持续发展的重要对策。我国水资源人均占有量只有2300立方米，约为世界人均水平的1/4，排在世界上第121位，是世界上13个贫水国家之一，同时农业又是用水大户，农业灌溉用水量占全国总供水量的65%左右。然而，农业生产中水资源不足与严重浪费、利用效率低等矛盾十分突出，发展节水农业更为紧迫。鉴于目前我国农田水利投入水平的制约，改进地面灌溉在相当长的时间内将是节水灌溉的主流，但就节水潜力而言，生物节水是未来节水农业的研究重点与热点，因此集地面改进和生物节水于一体的综合性节水技术是我国节水农业的重点研究方向。

控制性分根交替灌溉作为一种全新的农田节水新思路和新技术，其研究目前尚处于初期阶段，尽管已经证实具有理论上和实施上的可能性及巨大的节水潜力，但在具体实施过程中还存在着一些问题。比如，输配水管道等设施装备的增加，其成本可能会超出常规灌溉，从而使其经济效益有所降低；考虑土壤水分运动过程、根系分布状况等的综合交替灌溉的定量化和可操作化水平还较低；分根交替灌溉控制系统的自动化水平还较低，成本比较高，结构较为复杂，不利于大面积应用与推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种窄行距分根交替灌溉自动控制方法，在作物行两侧分别设置一组带有电磁阀的输水毛管，两组输水毛管下方分别埋设土壤水分传感器，任一组输水毛管输水时均对另一组输水毛管下方的土壤湿度产生影响。

作为本发明的一种优选技术方案，设置一组中央智能控制器，将所述土壤水分传感器设置在此中央智能控制器的信号输入端，同时将所述电磁阀设置在此中央智能控制器的信号输出端；此时，以下述两个条件为基础：

①同一时刻农田土壤任意两点的土壤含水量都不可能完全一样；

②任一组输水毛管输水时均对另一组输水毛管下方的土壤湿度产生影响；

通过中央智能控制器的控制实现两组输水毛管分别依次向作物行两侧进行灌溉，即自动实现A侧输水毛管灌溉时B侧输水毛管关闭，达到一定土壤湿度要求后两侧输水毛管均关闭，下次灌溉时B侧输水毛管灌溉而A侧输水毛管关闭，达到一定土壤湿度要求后两侧输水毛管均关闭，自动循环。

作为本发明的一种优选技术方案，所述中央智能控制器上由直流DC24v电源供电，其上设置有电源输出通道、至少2路电压信号输入通道、至少2路继电器报警输出通道，其中：

所述电源输出通道与所述土壤水分传感器连接并为后者提供DC12v电源；

所述2路电压输入通道分别与作物行两侧的土壤水分传感器通信连接，分别接收作物行两侧的土壤水分传感器根据土壤湿度状态发送回来的2路电压信号，然后将该2路电压信号分别与预先设定的与土壤田间持水量相关的2路报警电压值进行比较，中央智能控制器根据比较结果分别控制2路继电器报警输出通道的开合；

所述2路继电器报警输出通道分别与作物行两侧输水毛管上的电磁阀通信连接；

通过上述设置实现两组输水毛管分别依次向作物行两侧进行灌溉，即自动实现A侧输水毛管灌溉时B侧输水毛管关闭，达到一定土壤湿度要求后两侧输水毛管均关闭，下次灌溉时B侧输水毛管灌溉而A侧输水毛管关闭，达到一定土壤湿度要求后两侧输水毛管均关闭，自动循环。

作为本发明的一种优选技术方案，所述预先设定的与土壤田间持水量相关的2路报警电压值的取值以田间持水量的50-80%时对应的土壤水分传感器输出值为准，当土壤水分传感器的实际输出值低于所述预设值时，中央智能控制器控制对应的继电器报警输出通道闭合，打开对应的电磁阀开始灌溉；否则电磁阀关闭。

作为本发明的一种优选技术方案，所述土壤水分传感器为电压型传感器，埋深于作物根系层，其在直流DC12v电源供电条件下工作，根据土壤含水量的大小输出一个0-5v直流电压信号，土壤含水量Q电压信号V的关系是：Q=V/5。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电磁阀为常闭式电磁阀，供电为直流DC12v，通电开启、断电关闭。

作为本发明的一种优选技术方案，所述输水毛管设置在有压输水管路上，有压输水管路包括主管与若干支管，在主管和支管上分别设置有阀门。

作为本发明的一种优选技术方案，作物行两侧的两组输水毛管通过旁通安装在同一条支管上，并分别在输水毛管的首部安装电磁阀，

作为本发明的一种优选技术方案，作物行两侧的两组输水毛管分别安装在两条并行的支管上，并在支管的首部安装电磁阀。

作为本发明的一种优选技术方案，所述支管采用Ф50mm的PE管道，所述输水毛管采用Ф20mm的PE滴灌带，滴头间距为30cm，水平湿润半径为50cm，作物行两侧的两组输水毛管间距为60cm，保证其中一侧输水毛管灌水时能够引起另一侧土壤含水量的增加。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的原理图，其中A、B两组毛管安装在同一条支管上，并在毛管首部安装有电磁阀。

图2是本发明另一具体实施方式的原理图，其中A、B两组毛管分别安装在两条并行的支管上，并在支管的首部安装电磁阀。

具体实施方式

以下是发明人给出的实施例，需要说明的是这些实施例均为本发明较优的实例，本发明并不限于这些实施例，本领域的技术人员按照本发明公开的方案，对其中的技术特征所作的等效替换、添加，均属于本发明的保护范围。

实施例1、管道装置系统

支管采用Ф50mm的PE管道，毛管采用Ф20mm的PE滴灌带，滴头间距为30cm，水平湿润半径为50cm，毛管通过旁通与支管连接。在每行作物的左右两侧分别布设一条毛管，毛管间距为60cm，保证其中一侧毛管灌水时能够引起另一侧土壤湿度（含水量）的增加，并按照左右分为A、B两组，附图1给出了A、B两组毛管安装在同一条支管上的结构示意图，并在毛管首部安装有电磁阀，电磁阀为常闭式电磁阀，供电为直流DC12v，即通电开启、断电关闭。附图2给出了A、B两组毛管分别安装在两条并行的支管上，并在支管的首部安装电磁阀。

实施例2、自动控制系统

选择一行作物，分别在作物行的左右两边，也就是两条毛管的附近安装土壤水分传感器-1、土壤水分传感器-2。土壤水分传感器为电压型传感器，即在直流DC12v电源供电条件下，根据土壤湿度（含水量）的大小，将输出一个0-5v直流电压信号。土壤含水量（Q）电压信号（v）的关系是：Q=V/5。其电源由中央智能控制器电源输出通道提供，并将0-5v直流电压信号通过电压输入通道输送给中央智能控制器，同时与土壤湿度（含水量）报警下限值进行比较，此处设置土壤湿度（含水量）报警下限值为田间持水量的65%。

实施例3、窄行距分根交替灌溉的自动化实现:

首先明确，本研究的目标是：“在窄行距条件下，高效且高度自动化的实现了两组输水毛管分别依次向作物行两侧进行灌溉，即A侧输水毛管灌溉时B侧输水毛管关闭，达到一定土壤湿度要求后两侧输水毛管均关闭，下次灌溉时B侧输水毛管灌溉而A侧输水毛管关闭，达到一定土壤湿度要求后两侧输水毛管均关闭，自动循环”。

为此，我们创造性的提出了如下两点作为实现上述系统功能的基础和出发点：“①同一时刻农田土壤任意两点的土壤含水量都不可能完全一样、②任一组输水毛管输水时均对另一组输水毛管下方的土壤湿度产生影响”。

具体的，农田土壤任意两点的土壤湿度（含水量）都不可能完全一样，或多或少都会存在一些差异，这就会造成其中一只土壤水分传感器-1的数值先下降到中央智能控制器报警下限值（田间持水量的65%），从而驱动第一路报警输出通道先闭合，随即相应的电磁阀A打开，A组毛管开始灌水，由于A、B两组毛管的间距足够近，水平湿润半径存在相互影响，这样的结果是，另一只土壤水分传感器-2的数值也不再下降，而是上升，也就是说第二路报警输出通道不会再闭合，电磁阀B也不会再打开，直至此次灌水过程结束（田间持水量）。之后，由于两只土壤水分传感器-1、2位置的不同，没有发生灌水的这条毛管附近的土壤湿度（含水量）会偏低一些，在后期的农田蒸散发过程中，土壤水分传感器-2的数值将率先下降到中央智能控制器报警下限值（田间持水量的65%），从而驱动第二路报警输出通道先闭合，随即相对应的电磁阀B打开，B组毛管开始灌水，同样由于A、B两组毛管的间距足够近，水平湿润半径存在相互影响，这样的结果是，另一只土壤水分传感器-1的数值也不再下降，而是上升，也就是说第一路报警输出通道不再闭合，电磁阀A也不会再打开，直至此次灌水过程结束。依次循环，实现窄行距条件下分根交替灌溉的自动控制过程。

综上可见，本发明通过简单而巧妙的原理设定和系统构建，藉助十分简单的几组传感器、电磁阀和简易控制器，即实现了原始设定的目标，高效且高度自动化的实现了两组输水毛管分别依次向作物行两侧进行灌溉。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (10)

1.自动交替灌溉控制系统，包括在作物行两侧分别设置的一组带有电磁阀的输水毛管，以及在两组输水毛管下方分别设的、与该组的电磁阀相匹配的土壤水分传感器，所述两组输水毛管间距的设置条件是任一组输水毛管输水时均对另一组输水毛管下方的土壤湿度产生影响。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述控制系统设置有一组中央智能控制器以通过中央智能控制器的控制实现所述两组输水毛管分别依次向作物行AB两侧进行灌溉，所述土壤水分传感器设置在此中央智能控制器的信号输入端，所述电磁阀设置在此中央智能控制器的信号输出端，AB两侧所实现的灌溉包括：A侧输水毛管灌溉时B侧输水毛管关闭，达到一定土壤湿度要求后两侧输水毛管均关闭，下次灌溉时B侧输水毛管灌溉而A侧输水毛管关闭，达到一定土壤湿度要求后两侧输水毛管均关闭，自动循环。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征是，所述中央智能控制器由直流DC24v电源供电，其上设置有电源输出通道、至少两路电压信号输入通道、至少两路继电器报警输出通道，其中：

所述电源输出通道与所述土壤水分传感器连接并为后者提供DC12v电源；

所述两路电压输入通道分别与作物行两侧的土壤水分传感器通信连接，分别接收作物行两侧的土壤水分传感器根据土壤湿度状态发送回来的两路电压信号，然后将该两路电压信号分别与预先设定的与土壤田间持水量相关的两路报警电压值进行比较，中央智能控制器根据比较结果分别控制两路继电器报警输出通道的开合；

所述两路继电器报警输出通道分别与作物行两侧输水毛管上的电磁阀通信连接。

4.如权利要求3所述的控制系统，其特征是，所述预先设定的与土壤田间持水量相关的两路报警电压值的取值以田间持水量的50-80%（如65%）时对应的土壤水分传感器输出值为准，当土壤水分传感器的实际输出值低于所述预设值时，中央智能控制器控制对应的继电器报警输出通道闭合，打开对应的电磁阀开始灌溉，否则电磁阀关闭。

5.如权利要求1-3所述的控制系统，其特征是，所述土壤水分传感器为电压型传感器，优选其在直流DC12v电源供电条件下工作；独立可选地，所述电磁阀为常闭式电磁阀。

6.如权利要求1-3所述的控制系统，其特征是，所述输水毛管是设置在有压输水管路上的，有压输水管路包括主管与若干支管，在主管和支管上分别设置有阀门；比如，作物行两侧的两组输水毛管通过旁通安装在同一条支管上，并分别在输水毛管的首部安装电磁阀，或者，作物行两侧的两组输水毛管分别安装在两条并行的支管上，并在支管的首部安装电磁阀。

7.如前一权利要求所述的控制系统，其特征是，所述支管采用Ф50mm的PE管道，所述输水毛管采用Ф20mm的PE滴灌带。

8.任一在先权利要求所述的控制系统在灌溉作物中的应用。

9.如前一权利要求所述的应用，其特征是，每组所述输水毛管灌溉时的水平湿润半径为50cm，作物行两侧的两组输水毛管间距为60cm，优选所述输水毛管上的灌溉出水口的间距为30cm。

10.如任一在先权利要求所述的应用，其特征是，所述土壤水分传感器工作时能够根据土壤含水量的大小输出一个0-5v直流电压信号，土壤含水量Q与电压信号V的关系是Q=V/5。

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